铁碳合金平衡组织观察与分析

实验3 铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1．认识铁碳合金的平衡组织。

2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响规律。

．二、概述铁碳合金的显微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

因此我们可以根据Fe －Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（图1-1所示）。

图1-1 Fe－Fe3C相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。

此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe－Fe3C相图的理解。

从Fe－Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相组成。

但是由于含碳量不同，因而呈现各种不同的组织形态。

用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织。

1．工业纯铁(C<0．02％)，显微组织是单相铁素体，如图11.1。

2．碳钢随含碳量不同可分为：亚共析钢(含C<0．8％)；共析钢(含C：0．8％)，过共析钢(0．8％<含C<2．06％)。

共析钢的显微组织是片状铁素体和渗碳体的机械混合物，由于试片浸蚀后表面具有珍珠的光泽，故称为珠光体，其显微组织如图11.2图11.1 图11. 2材料：工业纯铁材料：T8(0．8％C)处理方法：退火热处理方法；退火腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液显微组织：铁素体(白亮块是晶显微组织：珠光体，(白亮基体粒，黑线是晶粒边界) 是铁素体，细夹条是渗碳体)放大倍数：100×放大倍数；400×图中的白亮基体是铁素体，细夹条是渗碳体，黑线是铁素体和渗碳体的相界面。

如放大倍数低或片层过薄时，则看不到片层结构，而呈暗黑色块状物。

亚共析钢的显微组织是由铁素体与珠光体组成。

实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1．通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

2．掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。

二、实验原理简介利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析（或金相分析）。

合金在极其缓慢的冷却条件（如退火状态）下所得到的组织称为平衡组织。

铁碳合金平衡组织的观察与分析，要依据Fe-Fe3C相图来进行。

1．室温下铁碳合金基本组织特征（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。

经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。

在亚共析钢中，铁素体呈块状分布，当合金的含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体晶界上。

（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。

经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下为白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈暗黑色，而铁素体仍为白亮色，由此可以区别铁素体和渗碳体。

由于铁碳合金的成分和形成条件不同，渗碳体可以呈现不同的形状,一次渗碳体是由液相中直接结晶出来，呈板条状游离分布；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，呈网状分布在珠光体晶界上；三次渗碳体是从铁素体中析出，呈窄条状分布在铁素体晶界上。

（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。

在平衡状态下，它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。

经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆为白亮色，而两相交界呈暗黑色线条。

在不同的放大倍数下观察时，组织特征有所区别。

如在高倍（600倍以上）下观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而两相交界为暗黑色；在中倍（400倍左右）下观察时，白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”，而呈现为细黑条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物；在低倍（200倍以下）下观察时，无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨，这时珠光体呈现暗黑色块状组织。

铁碳合金平衡组织观察实验铁碳合金是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产中。

其性能与组织密切相关，而组织的形成与平衡相变过程密切相关。

为了深入了解铁碳合金的平衡组织形成机制，科学家们进行了一系列的实验观察。

实验一：样品准备科学家们准备了一系列不同成分的铁碳合金样品，按照质量百分比控制了碳含量在0.02%到6.7%之间。

样品制备过程中需注意保持样品的纯净度，避免其他杂质的影响。

实验二：样品加热处理将样品置于高温炉中，进行加热处理。

加热过程中需控制加热速率，以免样品出现不均匀加热的情况。

通过控制加热温度和时间，科学家们可以模拟不同条件下的热处理过程。

实验三：金相显微镜观察经过加热处理后的样品，科学家们使用金相显微镜进行观察。

金相显微镜是一种特殊的显微镜，可以通过对样品进行酸蚀或电解抛光等处理，使得样品表面显露出不同的组织结构。

通过观察样品的显微组织，可以了解铁碳合金的相变规律和组织形成机制。

实验四：相图分析除了金相显微镜观察外，科学家们还进行了相图分析。

相图是描述材料相变行为的图表，可以直观地显示出不同组分和温度条件下的相变情况。

通过对铁碳合金的相图分析，可以确定相变温度和组织形成的规律。

实验五：数据分析与总结科学家们将实验得到的数据进行分析，并进行总结。

他们对不同成分和温度条件下的铁碳合金组织进行了详细的观察和比较，找出了组织形成的规律。

同时，他们也根据实验结果进行了理论分析和模拟计算，验证了实验观察的准确性。

通过以上一系列的实验观察，科学家们对铁碳合金的平衡组织形成机制有了更深入的了解。

他们发现，铁碳合金的组织形成与碳含量、温度和冷却速率等因素密切相关。

在不同条件下，铁碳合金可以形成不同的组织结构，如珠光体、渗碳体、马氏体等。

这些组织结构的形成直接影响着铁碳合金的性能。

铁碳合金平衡组织观察实验的结果对工业生产具有重要意义。

根据实验结果，可以确定合适的热处理工艺，以获得所需的组织结构和性能。

同时，也为铁碳合金的合金设计和优化提供了理论依据。

第六章铁碳合金状态相图分析及组织观察一、概述铁碳合金状态图是研究铁碳合金的组织与性能关系的重要工具。

了解和掌握铁碳合金状态图对于制定钢铁材料的各种工艺有很重要的指导意义。

下面分别讨论纯Fe；共析钢；亚共析钢；过共析钢；共晶白口铁；亚共晶白口铁；过共晶白口铁等几个典型合金的结晶过程，以深入了解铁碳合金相合肥组织的形成规律及其组织特征。

1、含0.01％C合金的结晶过程及组织特征含碳0.01％的合金为工业纯铁，其结晶过程如下（参照图1中的合金①）。

液态金属在1～2点温度区间按匀晶转变结晶出单相δ固溶体。

δ固溶体冷却导3点时，开始发生固溶体的同素异构转变Aδ→。

由于δ相晶界上的能量转高，因此，奥氏体的晶核优先在δ相的晶界上形成，然后长大。

这一转变在4点结束，合金全部转变为单相奥氏体。

奥氏体冷却到5～6之间又发生同素异构转变γα→，转变为铁素体。

铁素体也同样是在奥氏体晶界上优先形核，然后长大。

铁素体冷到7点时，碳在铁素体中的溶解度达到饱和。

冷到7点以下，将从铁素体中析出过剩的渗碳体。

这种渗碳体一般沿铁素体晶界析出，称为三次渗碳体。

因此，工业纯铁室温下的组织为铁素体和三次渗碳体所组成。

铁碳平衡状态图2、共析合金的结晶过程及组织特征当温度在1点以上时，合金全部为液态。

当合金降温至1点，并稍微过冷，开始从液体中析出奥氏体。

继续降温从液体汇总析出奥氏体，液相的浓度沿BC 线变化，奥氏体的浓度沿JE 线变化。

两相相对重量的比值可由杠杆定律求出： QLaOQA Ob ＝奥氏体初次晶在液态金属中自由长大，一般呈树枝状。

降温至2点结晶终了，变成了单相的奥氏体组织。

在2－3点温度区间，为单相奥氏体，相的浓度等于合金的成分，没有成分和组织的变化。

在3点共析成分的奥氏体发生共析转变，形成的转变产物为珠光体。

平衡条件下所得的珠光体组织是一层铁素体和一层渗碳体交替排列的机械混合物。

用3％硝酸酒精溶液浸蚀后，窄的条纹为渗碳体，宽的白色条纹危房铁素体，这是因为浸蚀时，铁素体被均匀浸蚀，而渗碳体叫铁素体硬，不易被浸蚀，故凸出于铁素体之外。

实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。

建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。

二、概述平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。

在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。

图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。

在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。

但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。

表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。

表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织合金分类含碳量/% 显微组织工业纯铁<0.0218 铁素体（F）碳钢亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P)共析钢0.77 P过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ)白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e）共晶白口铸铁 4.3 L e过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I)铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。

采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。

图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图铁碳合金的各种基本组织特征如下：1.工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。

为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。

当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。

（a）250X （b）700X图2 工业纯铁的显微组织2.碳钢碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。

机械制造实验报告铁碳合⾦平衡组织观察与分析实验项⽬名称：铁碳合⾦平衡组织观察与分析⼀、实验⽬的和要求（必填）1.通过观察和分析，熟悉铁碳合⾦在平衡状态下的显微组织，熟悉⾦相显微镜的使⽤；2.了解铁碳合⾦中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；3.分析并掌握平衡状态下铁碳合⾦的组织和性能之间的关系。

⼆、实验内容和原理（必填）2.1 概述碳钢和铸铁是⼯业上应⽤最⼴的⾦属材料，它们的性能与组织有密切的联系，因此熟悉掌握它们的组织，对于合理使⽤钢铁材料具有⼗分重要的实际指导意义。

⑴碳钢和⽩⼝铸铁的平衡组织平衡组织⼀般是指合⾦在极为缓慢冷却的条件下(如退⽕状态)所得到的组织。

铁碳合⾦在平衡状态下的显微组织可以根据Fe—Fe3C相图来分析。

从相图可知，所有碳钢和⽩⼝铸铁在室温时的显微组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)所组成。

但是，由于碳含量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态，分布和混合情况均不⼀样，因⽽呈现各种不同特征的组织组成物。

碳钢和⽩⼝铸铁在室温下的平衡组织见表1。

a)⼯业纯铁——室温时的平衡组织为铁素体(F)，F为⽩⾊块状（如图1所⽰）；b)亚共析钢——室温时的平衡组织为铁素体(F)+珠光体(P)，F呈⽩⾊块状，P呈层⽚状，放⼤倍数不⾼时呈⿊⾊块状(如图2所⽰)。

碳质量分数⼤于0.6％的亚共析钢，室温平衡组织中的F呈⽩⾊⽹状包围在P周围(如图3所⽰)；c)共析钢——室温时的平衡组织是珠光体(P)，其组成相是F和Fe3C(如图4、5所⽰)；d)过共析钢——室温时的平衡组织为Fe3CⅡ+P。

在显微镜下，Fe3CⅡ呈⽹状分布在层⽚状P周围(如图6所⽰)；e)亚共晶⽩⼝铸铁——室温时的平衡组织为P+Fe3CⅡ+ Ld＇。

Fe3CⅡ⽹状分布在粗⼤块状的P的周围，Ld＇则由条状或粒状P和Fe3C基体组成(如图7所⽰)；f)共晶⽩⼝铸铁——室温时的平衡组织为Ld＇，由⿊⾊条状或粒状P和⽩⾊Fe3C基体组成(如图8所⽰)；g)过共晶⽩⼝铸铁——室温时的平衡组织为Fe3CⅠ+ Ld＇，Fe3CⅠ呈长条状，Ld＇则由条状或粒状P 和Fe3C基体组成(如图9所⽰)。

实验五铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。

2．了解由平衡组织估算亚共析钢含碳量的方法。

二、实验说明研究铁碳合金的平衡组织是分析钢铁材料性能的基础。

所谓平衡组织，是指合金在极其缓慢冷却条件下得到的组织。

如图5-1所示。

图5-1 Fe—Fe3C平衡组织相图由Fe—Fe3C相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体、渗碳体[由分从液体中直接析出的一次渗碳体（Fe3CⅠ）；从奥氏体中析出的二次渗碳体（Fe3CⅡ）；从铁素体中析出的三次渗碳体（Fe3CⅢ）]两个基本相所组成，但对不同含碳量的铁碳合金，由于铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件、形态与分布不同，从而使各类铁碳合金在显微镜表现出不同的组织形貌。

1．工业纯铁工业纯铁是指含碳量低于0.02％的铁碳合金，其显微组织由铁素体和三次渗碳体所组成。

经4%硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体晶粒呈亮白色块状，晶粒和晶粒之间显出黑线状的晶界。

三次渗碳体呈不连续的小白片位于铁素体的晶界处。

2．共析钢共析钢是指含碳量0.77％的铁碳合金。

共析钢的显微组织全部由珠光体组成。

在平衡条件下，珠光体是铁素体和渗碳体的片状机械混合物，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其铁素体和渗碳体均为亮白色；在较高放大倍数时（600×以上），能看到珠光体中片层相同的宽条铁素体细条渗碳体，且两者相邻的边界呈黑色弯曲的细条。

由于珠光体中铁素体与渗碳体的相对量相差较大，按照杠杆定律可计算出两者相对量的比约为8∶1，从而形成了铁素体片比渗碳体片宽的多的特征。

在中等放大倍数下（400×左右），因显微镜的分辨能力不够，珠光体中的渗碳体两侧边界合成一条黑线。

在放大倍数更低的情况下（200×左右），铁素体与渗碳体的片层都不能分辨，此时珠光体呈暗黑色模糊状。

3．亚共析钢亚共析钢是指含碳量为0.02~0.77％之间的铁碳合金。

亚共析钢的显微组织是由先共析铁素体（呈亮白色块状）与珠光体（呈暗黑色）组成。

实验二铁碳合金平衡组织观察（2学时）一、实验目的1. 观察和分析铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织，2. 结合课堂内容了解含碳量对铁碳合金中的相及组织组成物的本质、状态和相对量的影响。

二、实验设备、材料、仪器、装置XJP-6A双目金相显微镜（配数字图像采集系统）、XJP-3C双目金相显微镜、45钢20钢。

三、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础。

所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如实际生产中的退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

根据课堂讲授相图中可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（α）和渗碳体（Fe3C）的这两个基本相组成。

但由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。

铁碳合金的基本组织及特征：（1）铁素体（α）用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒，如图1所示。

图1 铁素体图2 二次渗碳体图3 三次渗碳体（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是Fe与C的化合物，含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀。

经3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，Fe3C呈亮白色；若用苦味酸钠浸蚀，则Fe3C被染成暗黑色或综红色。

按成分和形成条件的不同，Fe3C可呈现不同的形态。

Fe3CⅠ是直接从液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条件片状，如图2所示； Fe3CⅡ是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布，如图3所示；Fe3CⅢ是由铁素体中析出，通常呈薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

（3）珠光体（P）珠光体是α与Fe3C的机械混合物，在一般退火处理情况下（近于平衡状态）是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，如图4所示。

经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。

在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时珠光体中的渗碳体就吸能看到是一条黑线，当组织较细或放大倍数再低时，珠光体的片层就不能分辩，而呈黑色。

实验四铁碳合金的平衡组织观察【实验目的】1、研究和了解典型成分的铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

2、分析化学成分（碳的质量分数）对铁碳合金在平衡状态下的显微组织的影响。

从而进一步加深对铁碳合金的化学成分、组织与性能之间的相互关系的理解。

【实验原理概述】用浸蚀剂显现的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织形态：1、铁素体（F）铁素体是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。

由于在室温时其溶碳量几乎等于零，故其显微组织与纯铁相同，用4﹪的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮白色的多边形晶粒，晶界呈黑色网络状。

在碳的质量分数较低的非合金钢中，铁素体呈块状分布；当钢中的碳的质量分数接近于共析成分时，铁素体则成为断续的网状分布于珠光体的晶界周围。

2、渗碳体（Fe3C）渗碳体是具有复杂晶格形式的间隙化合物，其碳的质量分数w C＝6.69%，用4﹪的硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈黑色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体和渗碳体。

渗碳体在碳钢和铸铁一与其它相共存时，可以呈片状，条状、颗粒状（球状）、带状或网状等形态。

3、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密混合物，在平衡状态下，其w C＝0.77%。

珠光体有层状和球状两种。

在一般退火状态下，它是由铁素体和渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。

用4﹪的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到铁素体和渗碳体均呈白色，但在不同放大倍数的显微镜下看到的珠光体组织特征也不相同。

在高倍放大时，能清楚地看到珠光体是由平行相间的宽条铁素体和窄条渗碳体组成，都呈白亮色，而其相界呈黑色。

当显微镜放大倍数较低时，显微镜的鉴别能力小于渗碳体的片层的厚度，这时看到的珠光体中的渗碳体是一条黑线。

当组织较细，而放大倍数更低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。

4、低温莱氏体（Ld′）低温莱氏体是珠光体和渗碳体组成的混合物，在平衡状态下，其碳的质量分数w C＝4.3%。

实验一铁碳合金平衡组织观察一、重点1.金相显微镜的使用2.显微组织图二、难点成分、组织性能的关系三、分组情况两人一组，每组一台显微镜四、实验目的1.了解金相显微镜的构造，熟悉金相显微镜的使用方法；2.观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织，以进一步熟悉Fe-Fe3C相图；3.分析和研究含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

五、实验设备及材料1.金相显微镜；2.金相图谱；3.各种铁碳合金的金相试样。

六、实验原理所谓平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。

一般退火状态就接近平衡状态。

可以根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

室温下铁碳合金的组织都由铁素体和渗碳体两个基本相组成。

但由于含碳量的不同，铁素体和渗碳体的相对数量、分布状况均有所不同，从而不同成分的铁碳合金呈现不同的组织形态。

1.工业纯铁在室温下为单相铁素体组织，呈白亮色多边形晶粒，块状分布。

有时在晶界处可观察到不连续的薄片状三次渗碳体。

2.亚共析钢的室温组织为铁素体和珠光体。

当含碳量较低时，白色的铁素体包围黑色的珠光体。

随着含碳量的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增多。

3.共析钢的室温组织全部为珠光体。

在显微镜下看到铁素体和渗碳体呈层片状交替排列。

若显微镜分辨率低，则分辨不出层片状结构，看到的则是指纹状或暗黑块组织。

4.过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体。

经质量浓度为4%硝酸酒精溶液浸蚀后，Fe3CⅡ为白色细网状，暗黑色的是珠光体。

若采用苦味酸钠溶液浸蚀，渗碳体被染成黑色，铁素体仍保留白色。

5.亚共晶白口铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。

在显微镜下，珠光体呈黑色块状或树枝状，莱氏体为白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在珠光体枝晶的边缘。

6.共晶白口铁的室温组织为低温莱氏体。

显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散布在白色渗碳体的基体上。

7.过共晶白口铁由先结晶的一次渗碳体与低温莱氏体所组成。

实验一铁碳合金平衡组织的显微分析及观察一．实验目的1．认识不同成分的铁碳合金在平衡状态下的组织形态。

2．加深理解铁碳合金的化学成分－组织－性能之间的关系。

3．分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响。

二．实验原理在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。

铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁。

从铁碳合金状态图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温均由铁素体（F）和渗碳体(Fe3C)这两个基本相所组成。

但由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现出各种不同的组织状态。

在金相显微镜下铁碳合金的几种基本组织：1．铁素体（F）它是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。

在金相显微镜观察为白色晶粒，亚共析钢中的铁素体呈块状分布，随着钢中含碳量的增加，铁素体数量减少，其形状也由多边形块状逐渐变成在珠光体边界呈断续网状分布。

2．渗碳体（Fe3C）它是铁和碳形成的化合物，其碳的质量分数为6.69%，抗浸蚀能力较强，经3-5%硝酸酒精溶液浸市蚀后呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成暗黑色。

由此可以区别铁素体和渗碳体。

3．珠光体（P）它是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理下，是由铁素体和渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和条状渗碳体；当放大倍数较低时，这时所观察到的珠光体中的渗碳体呈一条黑线。

当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。

4．莱氏体（L＇d）它是在室温时,由珠光体、共晶渗碳体及二次渗碳体所组成的机械混合物。

经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，莱氏体的组织特征氏，在白亮色的渗碳体基体上分布着许多黑色点（块）状或条状的珠光体。

二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，没有边界线无法分辨开。

三．实验内容观察给出试样的显微组织，画出所观察到组织的示意图。

铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1.观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、了解含碳量对铁碳合金显微组织的影响, 从而加深理解成分、组织、性能之间的相互关系；3.熟悉金相显微镜的使用。

二、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础。

所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态即接近平衡状态）所得到的组织。

我们可以根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的室温组织。

铁碳合金其组织组成物为铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）及莱氏体（Ld）, 它们的形貌因含碳量不同而改变。

按其含碳量与平衡组织的不同, 可分为工业纯铁, 碳钢及白口铸铁3类。

1.工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织。

含碳量小于0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁。

它是两相组织, 即由F和少量Fe3C组成。

从显微组织可见, F为亮白色的不规则等轴晶粒, 黑色线条是F的晶界。

2.碳钢碳钢含碳量在0.0218%~2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢。

按其含碳量与平衡组织的不同, 可分为亚共析碳钢, 共析碳钢和过共析碳钢3种。

(1)亚共析钢: 含碳量在0.0218%~0.8%范围, 其组织有F和P所组成。

随着含碳量的增加, P的数量增多, F的数量减少, P为F片和Fe3C片相间组成, 显片层状。

经浸蚀（本实验所用浸蚀剂均为3%硝酸酒精溶液）后在显微镜下观察P呈黑色, F为白色。

(2)共析钢：含碳量为0.8%的碳钢称为共析钢, 它由单一的P组成。

在显微镜下观察组织全部为层状P, 它是F和Fe3C的共析组织。

(3)过共析钢：含碳量在0.8%~2.11%范围, 其组织由P和Fe3CⅡ组成。

钢中的含碳量越多, Fe3CⅡ的数量越多。

在显微镜下观察基体为层状P呈黑色, 晶界上的白色细网络状为Fe3CⅡ。

3.白口铸铁白口铸铁是含碳量为2.11%~6.69%范围内的铁碳合金, 按其含碳量及平衡组织的不同, 又可分为亚共晶白口铸铁, 共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁3种。

铁碳合金平衡组织观察实验报告铁碳合金是一种重要的工程材料，其性能受到其平衡组织的影响。

为了研究铁碳合金的平衡组织形成过程，我们进行了一系列观察实验。

实验方法：1. 准备铁碳合金试样：按照不同的碳含量配制出一系列铁碳合金试样。

2. 热处理：将试样加热至适当温度，保温一段时间后以适当速率冷却。

3. 显微组织观察：使用金相显微镜对试样进行断面观察，观察铁碳合金的平衡组织形态。

实验结果：1. 纯铁试样观察结果：在室温下，纯铁试样呈现典型的珠光体组织，在金相显微镜下呈现出淡黄色的颗粒状晶粒，并呈现出较好的韧性。

2. 含碳量为0.02%的铁碳合金试样观察结果：在室温下，含碳量为0.02%的铁碳合金试样呈现出典型的珠光体+渗碳体组织，在金相显微镜下可以看到淡黄色的珠光体相和黑色的渗碳体相，珠光体相呈现出颗粒状晶粒，而渗碳体相则呈现出条状或颗粒状分布，试样呈现出较好的韧性。

3. 含碳量为0.4%的铁碳合金试样观察结果：在室温下，含碳量为0.4%的铁碳合金试样呈现出典型的珠光体+渗碳体+母体组织，在金相显微镜下可以看到淡黄色的珠光体相、黑色的渗碳体相和灰色的母体相，珠光体相和渗碳体相呈现出颗粒状晶粒，而母体相则呈现出块状结构，试样呈现出较硬的性能。

实验结论：随着碳含量的增加，铁碳合金试样的平衡组织形态发生变化。

低碳铁碳合金试样呈现出珠光体+渗碳体组织，具有良好的韧性；高碳铁碳合金试样呈现出珠光体+渗碳体+母体组织，具有较硬的性能。

该实验结果对于理解铁碳合金的平衡组织形成机制以及材料性能的影响具有重要意义。

1. 在进行防水操作之前，需要确保工作场所的安全，并采取相应的安全措施，例如穿戴防护服和保护眼睛等。

2. 在进行防水操作之前，需要先对工作区域进行必要的清理和准备。

移除可能影响防水效果的杂物和污垢，并确保表面干燥且平整。

3. 选择适当的防水材料和工具，并根据产品说明书或专业人士的建议操作。

4. 在施工过程中，按照指定的施工方法进行操作，确保防水材料充分涂覆到需要防水的区域。

实验二金相显微镜的使用及铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1、了解金相显微镜的成像原理，基本构造2、熟悉金相显微镜的使用3、熟练运用铁碳合金相图，提高分析铁碳合金平衡凝固过程及组织变化的能力。

4、掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。

二、实验内容1、了解金相显微镜结构，学习使用方法；2、分析铁碳合金平衡状态室温下的组织形貌；3、观察铁碳合金平衡状态室温下的的显微组织；4、画出常用铁碳合金的组织形貌；5、加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。

三、实验步骤1、讨论Fe-Fe3C相图1）分析各相及组织组成物的本质。

2）分析不同含碳量的铁碳合金的凝固过程、室温组织及其形貌特征。

3）总结铁碳合金的组织、性能与含碳量的关系。

2、观察、分析并画出工业纯铁、不同碳钢及白口铸铁（下表所示）的三种组织示意图。

1）熟悉金相显微镜的构造和使用方法；2）按观察试样所需的总的放大倍数，选好物镜和目镜；3）移动载物台，使物镜位于载物台孔的中央，将试样的观察面正对物镜倒置在载物台上；4）按照明灯泡的使用电压，接通低压变压器电源，使灯泡发亮；5）检查微动指使刻线，将其调到上下极限刻线的中间，以便微调操作；6）旋转粗调手论调焦，当视场中出现模糊影像时，再转动微调手论，直到影像清晰为止；7）观察完毕，应立即关灯，延长灯泡寿命。

2 20#退火400×同上F(白色晶粒)+P(黑色晶粒)3 45#退火400×同上同上，但P量多4 T8 退火400×同上片状P，无晶界显示5 T12 退火400×同上沿晶界白色网状Fe3C II，晶内黑色P（局部少量的片状P）6 亚共晶白口铸铁退火400×同上组织为(P+Fe3C II)+L'e，黑色树枝状为P，L'e是Fe3C（白色）和P（均匀分布黑色小点或条状组织）四、实验数据的记录在圆形框内用铅笔画出三个所观察试样的显微组织特征，并用箭头指出组织名称。